华科大丁汉院士、吴志刚教授团队在《自然·通讯》上发表研究成果,推出超快、超灵活的昆虫级水面推进器。

2024-03-09 生活常识 关注公众号
    经过数十亿年的漫长进化,自然界中的生物以其精妙绝伦的结构和卓越的性能在地球的各种环境中取得了前所未有的成功。其中,隐翅虫(Stenus Comma)展现了一项令人惊叹的生存技能:当面临天敌威胁时,它能够在水面上瞬间获得超高速度与加速度,成功逃脱险境,这一现象如图1所示。
华科大丁汉院士、吴志刚教授团队《自然·通讯》:超快、超敏捷昆虫尺度水面推进器    深入研究发现,隐翅虫通过其跨尺度结构实现这一壮举:宏观尺度上,柔韧灵动的腹部结构可按需调控动力物质;介观尺度上,非浸润刚毛结构保证了水面稳定运动;微观尺度上,大量的导管结构负责内部液体成分的有效运输。这些特征共同促成了隐翅虫快速、高效的水面推进行为(见图2)。
华科大丁汉院士、吴志刚教授团队《自然·通讯》:超快、超敏捷昆虫尺度水面推进器    基于对隐翅虫独特机制的仿生灵感,研究团队设计出一款昆虫尺度水面推进器——Uni-SoPro。该推进器采用软体可实时磁驱尾巴及超疏水表面等先进技术,并创新性地引入一对额外解耦的磁驱“定向芯片”,使其在单一3D可编程磁场下,实现了高达8372 BL/s²的加速度、201 BL/s的速度以及-5010 BL/s²的减加速度(参见视频1),展现出超越自然界的超高性能表现。
华科大丁汉院士、吴志刚教授团队《自然·通讯》:超快、超敏捷昆虫尺度水面推进器    通过水动力学建模和计算流体分析,研究人员揭示了推进器如何通过姿态快速转变实现机器人动能衰减,从而达成媲美甚至超越隐翅虫紧急逃逸时的超高减速度制动行为(视频5)。此外,他们还成功地对其运动路径进行了多段离散的精细规划,使得推进器能够无碰撞地穿越具有时间和空间约束的动态迷宫水域(视频6至8)。
华科大丁汉院士、吴志刚教授团队《自然·通讯》:超快、超敏捷昆虫尺度水面推进器    这项突破性的研究成果不仅展示了自然界生物智慧的力量,更为未来微型机器人和微型飞行器的设计提供了崭新的思路和借鉴。详情请访问实验室主页,查阅相关论文链接以获取更多。
华科大丁汉院士、吴志刚教授团队《自然·通讯》:超快、超敏捷昆虫尺度水面推进器

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